IMAGEANDO O CÉREBRO HUMANO VIVO : IMAGEM POR RESSONÂNCIA MAGNÉTICA E TOMOGRAFIA POR EMISSÃO DE PÓSITRONS.

Nora D. Volkow , Bruce Rosen & Lars Farde 1997

Tradução: Pedro Lourenço Gomes

O campo da imagem cerebral beneficiou-se de enormes avanços tecnológicos nos últimos 25 anos. Há um rápido progresso na aplicação da imagem por ressonância magnética (MRI) na imagem funcional (fMRI) e da tomografia por emissão de pósitrons (PET) nas imagens bioquímicas.

As técnicas de imagem nos permitem avaliar as propriedades do tecido cerebral e obter informações sobre como o cérebro funciona escalarmente do nível de sistemas ao nível molecular. Estas avaliações e modalidades de imagem incluem:

(1) Morfologia do cérebro e composição de seus tecidos: tomografia axial computadorizada (CAT) e MRI.

(2) Sinais elétricos e magnéticos que resultam da comunicação entre células e portanto podem ser usados para se avaliar a ativação cerebral regional: eletroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG).

(3) Componentes bioquímicos dos neurotransmissores que fornecem informações sobre a atividade e a comunicação neuronal: PET, tomografia computadorizada através da emissão de um fóton isolado (SPECT), e espectroscopia por ressonância magnética (MRS).

(4) Processos fisiológicos que fornecem informações sobre as necessidades energéticas dos tecidos e sobre o fluxo sanguíneo cerebral, e portanto podem ser usados para se avaliar a função cerebral regional: fMRI, PET, SPECT, CAT dinâmica.

A sensibilidade e especificidade para diferentes parâmetros definem as propriedades singulares assim como as limitações de cada modalidade de imagem. Para a pesquisa aplicada é então importante comparar umas com as outras com respeito a resolução espacial, resolução temporal, sensibilidade e especificidade bioquímica.

A fMRI tem a mais alta resolução espacial entre as tecnologias de imagem que são usadas para o mapeamento funcional do cérebro humano. A resolução é significativamente melhor que a da PET e não requer radiação ionizante. Isto é vantajoso porque a representação regional no córtex envolve áreas que são menores do que (permite) a atual resolução da maioria dos scanners de PET, e múltiplos estudos podem ser realizados no mesmo sujeito sem a limitação da exposição a radiação. Todavia, comparada com a PET, a técnica está limitada pela ausência de quantificação absoluta. Acredita-se que o sinal de ativação que é gerado a partir da fMRI se deve a diferenças nas propriedades magnéticas das hemoglobinas oxigenada e não-oxigenada. Durante a ativação de uma região cerebral há um excesso de sangue arterial enviado para a área com modificações concomitantes na taxa de deoxihemoglobina/oxihemoglobina. Ainda não se esclareceu se este relativo excesso de oxihemoglobina na região ativada se deve à perfusão de áreas adjacentes não ativadas ou à oxigenação excessiva na área ativada que é secundária à glicose anaeróbica. Todavia, como os processos funcionais no cérebro ocorrem no âmbito dos milisegundos, ao passo que as mudanças hemodinâmicas ocorrem mais devagar, a fMRI fica limitada em sua capacidade de sequenciar os padrões temporais da ativação serial e/ou paralela. A este respeito a MEG e a EEG são superiores, já que permitem que os investigadores avaliem o deslocamento temporal dos sinais de ativação à medida em que se propagam pelo cérebro, na ordem de alguns milisegundos. Um desafio atual é o de combinar a fMRI e a MEG e/ou a EEG para produzir mapas com resolução espacial em milímetros e temporal em milisegundos do cérebro humano todo. Tal desenvolvimento parece provável em alguns anos, e seria singular em sua capacidade de avaliar a função cerebral em nível sistêmico.

A neurotransmissão cerebral depende de processos bioquímicos que ocorrem em concentrações muito baixas, tipicamente no âmbito nanomolar até o picomolar (NT - nano: 9 zeros depois da vírgula, e pico: 12 zeros depois da vírgula). Esta é a razão da superioridade das tecnologias médicas nucleares, já que têm a mais alta sensibilidade de todas as atuais técnicas de imagem disponíveis. A alta sensibilidade é fornecida pelo uso de rádiolocalizadores que se ligam seletivamente a moléculas dos tecidos. As tecnologias da PET ou da SPECT são usadas para a medição de alvos moleculares como receptores, transportadores, e as enzimas que estão envolvidas na síntese e no metabolismo de neurotransmissores. A alta sensibilidade da PET e da SPECT permitem o uso de compostos rádiorotulados em concentrações desprovidas de efeito farmacológico, e que portanto não perturbam o sistema. O uso de rádiolocalizadores que são engendrados para se ligarem seletivamente a uma molécula permite que os investigadores alcancem uma alta especificidade seletiva com estas técnicas. Por exemplo, eles podem ser usados na imagem seletiva de transportadores, que são moléculas pré-sinápticas do terminal nervoso, e receptores, que em sua maioria se localizam em células pós-sinápticas, a despeito do fato de que estas duas moléculas estão separadas por uma distância de 20-50 nm. Também podem ser usados para rotular enzimas localizadas em diferentes populações celulares. A especificidade bioquímica é importante não só para se investigarem processos patológicos como também para se identificarem alvos de agentes farmacológicos.

Finalmente, a rotulação de drogas com emissores de pósitrons como o carbono (11C) não modifica as propriedades farmacológicas. A PET, então, pode ser singularmente utilizada para se investigarem a distribuição de drogas e as interações bioquímicas no cérebro humano. Esta abordagem tem grande potencial no desenvolvimento de drogas (remédios). Como os estudos são realizados em sujeitos despertos, é possível avaliar-se a relação entre as interações bioquímicas da droga e a sequência temporal dos efeitos comportamentais induzidos pela droga .

Já se passaram 25anos desde que se publicaram os primeiros artigos descrevendo a PET, a MRI e a CAT; desde então ocorreram dramáticos avanços em desenvolvimento computacional, instrumental e rádiofarmacêutico que permitiram que os pesquisadores investigassem os aspectos morfológicos, fisiológicos e bioquímicos da função cerebral, do envelhecimento e das perturbações patológicas. Podemos predizer que os futuros desenvolvimentos tecnológicos continuarão a ocorrer lado a lado com nossa capacidade de colocar questões cada vez mais sofisticadas sobre como o cérebro funciona. Agora abrimos o cérebro para observação. O desafio para os anos que virão é aprender a vê-lo funcionar.

Texto original disponível em:
Volkow, N.D; Rose, B. & Farde, Lars (1997) - Imaging the living human brain: magnetic resonance imaging and positron tomography

PNAS ABRIL 1997
www.pnas.org/cgi/content/full/94/7/2787